Innowacyjność w Przemyśle Budowlanym z Pomocą Roślin Konopi Włóknistych

Ze względu na pandemię koronawirusa i budowlany boom, jaki po niej nastał, oraz z powodu różnych problemów związanych z gospodarką kontenerową, na całym świecie branży budowlanej brakuje podstawowych surowców i materiałów, co z resztą jest obecnie odczuwalne na podstawie cen. Czy zatem roślina konopi przemysłowej może się okazać rozwiązaniem problemu niedoboru materiałów budowlanych?

Braki materiałów dotyczą w szczególności drewna, cementu i stali, a także tworzyw sztucznych i materiałów izolacyjnych. Podczas gdy alternatywy dla drewna, produkty z tworzyw sztucznych i produkty izolacyjne już od dawna są wykonywane z rośliny konopi, to w ostatnim czasie w centrum uwagi przemysłu budowlanego znajduje się głównie tzw. betonu konopny (z ang. hempcrete lub lime hemp concrete (LHC)).

Co To Jest Beton Konopny?

Beton konopny jest materiałem kompozytowym składającym się z wody, wapiennego spoiwa, a także z łyk/włókien rośliny konopi. Te ostatnie są zdrewniałymi cząstkami, które powstają w procesie ekstrakcji włókna konopnego.

W zależności od zastosowania, beton konopny może być stosowany w postaci sprasowanej cegły lub analogicznie do tradycyjnego betonu natryskowego. Możliwy jest również druk 3D prefabrykatów. Wykonalne są również elementy w kształcie łuku, dzięki czemu bardziej złożone konstrukcje nie stanowią problemu. Świeży beton konopny może być stosowany tylko w temperaturach powyżej 5°C, ponieważ w przeciwnym razie wapno nie stwardnieje, a wręcz zamarza.

Ze względu na wysoką szczelność powietrza, jaka powstaje podczas produkcji betonu konopnego, materiał ten charakteryzuje się doskonałą izolacją termiczną i akustyczną. Jest paroprzepuszczalny i niepalny. W zależności od obróbki materiał ten może być stosowany do konstrukcji ścian, podłóg i dachów. Stosunkowo niewielka masa pozwala na zastosowanie bardziej płaskiego fundamentu.

Beton Konopny Jest Przyjazny Dla Środowiska

Korzystny ślad węglowy jest uważany za wyróżniającą się cechę betonu konopnego. W teorii beton konopny może być wytwarzany netto ujemnie i można go nazwać technologią emisji ujemnej. Roślina konopi w fazie wzrostu wiąże CO₂ z atmosferą za pomocą fotosyntezy, a związany dwutlenek węgla pozostaje uwięziony przez cały okres życia budynku.

Uproszczony rachunek wyjaśnia to stwierdzenie:

Jeden hektar rośliny konopi daje około 8 ton plonu, z którego – oprócz innych cennych produktów – uzyskuje się 4,8 tony włókien. Jest w nich zawartych około 10 ton CO₂.

Na jeden metr sześcienny ściany z betonu konopnego potrzeba 100kg włókien konopnych oraz 220kg spoiwa wapiennego. Podczas gdy konopie wiążą około 202kg CO₂, podczas przetwarzania spoiwa wapiennego emitowane jest około 94kg CO₂. Z tego wynika czysto obliczeniowo 108kg pochłoniętego CO₂.

Tradycyjna ściana z cegły (o powierzchni 1m2) oznacza emisję CO₂ na poziomie ok. 100kg/m2. Porównywalna ściana z betonu konopnego o grubości 30cm wiąże 40kg/m2. Licząc ten wynik na podstawie wielkości przeciętnego budynku mieszkalnego, pochłanianych jest do 50 ton CO₂. Wyliczenia te pochodzą z badania przeprowadzonego przez Bedlivá i Isaacs (2014). Ponadto beton konopny jest zarówno biodegradowalny, jak i nadający się do recyklingu.

Pochłanianie CO₂ Nie Zawsze Jest Możliwe

Konopie mają niską gęstość nasypową, co ma negatywny wpływ na koszty przechowywania i transportu, a tym samym pośrednio zwiększa zużycie energii. W odniesieniu do ograniczenia emisji gazów cieplarnianych istotne jest zatem, aby wykorzystywane konopie były produkowane możliwie jak najbliżej miejsca przetwarzanie tak, aby trasy transportu były jak najkrótsze.

Zazwyczaj beton konopny nie może być stosowany do ścian nośnych, co wymaga podbudowy z innych materiałów. Różne badania (np. Mukherjee/MacDougall 2013) wskazują, że beton konopny o wysokim zagęszczeniu (>715 kg/m3) może również przenosić bezpośrednie obciążenia, ale wydaje się to mieć negatywny wpływ na emisję dwutlenku węgla.

Ogólną wytyczną jest to, że powyżej gęstości 300kg/m3 emitowane jest więcej CO₂ niż pochłaniane przez uprawy konopi (zob. Arehart/Nelson/Srubar 2020). Rachunek ten zależy jednak w dużym stopniu od zastosowanego materiału wiążącego, co pozwala na innowacje w przypadku mieszanek niskoemisyjnych.

Budowle z Roślin Konopi

Architektura konopna wcale nie jest nowoczesnym zjawiskiem: Przykładowo słynna Rezydencja Nakamura w Nagano w Japonii jest jednym z najstarszych zachowanych budynków, do którego budowy użyto konopi jako podstawowego materiału budowlanego na dach i ściany wewnętrzne. Budynek został wzniesiony w 1698 roku i jest obecnie uważany za narodowe dziedzictwo kulturowe Japonii i cieszy się dużą popularnością wśród turystów.

Nowoczesny beton konopny został opracowany we Francji dopiero w połowie lat 80-tych XX wieku w celu renowacji zniszczonych domów z muru pruskiego. Dawniej zabytkowe budynki, uszkodzone w wyniku obu wojen światowych, były naprawiane tradycyjnymi mieszankami cementowymi, co spowodowało ogromne szkody w konstrukcji drewnianej ze względu na brak oddychalności.

Obecnie istnieje wiele nowoczesnych budynków konopnych. Oprócz budynków jedno- i wielorodzinnych zrealizowano również większe projekty budowlane, w szczególności te, w których kładzie się nacisk na równowagę ekologiczną i nowoczesny design. Na szczególną uwagę zasługuje Pierre Chevet Sports Centre – centrum sportowe, które jest uważane za pierwszy publiczny budynek z betonu konopnego we Francji, a także Bright Building na kampusie Uniwersytetu Bradford (Anglia), który jest uważany za największy projekt, w którym zastosowano beton konopny.

Zdolność Produkcyjna: Duży Potencjał

We wszystkich krajach Unii Europejskiej w 2020 roku łącznie uprawiano około 34.000 hektarów konopi. W zależności od warunków panujących na danym obszarze można zebrać od 90.000 do 200.000 ton konopi. W związku z oczekiwaną liberalizacją polityki dotyczącej konopi indyjskich (nie tylko w krajach europejskich) można się spodziewać wzrostu produkcji.

Zapotrzebowanie na beton na całym świecie stale rośnie. Jednocześnie kwestia neutralności emisji CO₂ staje się coraz bardziej konkretna, co daje sektorowi betonu konopnego duży potencjał wzrostu. Zanim jednak alternatywy dla konopi zaspokoją przynajmniej kilka procent globalnego zapotrzebowania na beton, zdolności produkcyjne muszą zostać znacznie zwiększone. W wielu krajach restrykcyjne przepisy hamują rozwijającą się gospodarkę konopną.

Konopie mogą być legalnie uprawiane jedynie na podstawie certyfikatu dopuszczenia do obrotu wydanego przez Federalny Urząd Rolnictwa i Żywności (BLE) – chociaż zawartość THC w odmianach konopi przemysłowych w pewnym sensie wyklucza ich zastosowanie jako narkotyku. Ponadto w wielu krajach brakuje ważnych opcji handlowych dla rolników. Zakłady przetwórstwa konopi można policzyć na palcach jednej ręki – duże odległości transportu sprawiają, że uprawa konopi jest po prostu nieatrakcyjna.

Perspektywy

Beton konopny jest obiecującym kandydatem do neutralnych dla klimatu projektów budowlanych przyszłości. Na przykład Francja przedstawiła projekt ustawy, zgodnie z którym wszystkie nowo wybudowane budynki użytku publicznego muszą być przynajmniej w 50 procentach wykonane z naturalnych materiałów. Podobne tendencje można zaobserwować w Niemczech na poziomie krajowym. Inne kraje europejskie najprawdopodobniej pójdą za tym przykładem, jeśli chcą osiągnąć swoje cele w zakresie emisji dwutlenku węgla. Konstrukcje mieszane drewna i konopi mogą odegrać w tym procesie znaczącą rolę.

Jak na razie beton konopny pokazuje swoje mocne strony głównie w małych i średnich projektach budowlanych, gdzie materiał ten jest wytwarzany na miejscu w skomplikowanym procesie, a suszenie trwa stosunkowo długo. Różni dostawcy stawiają więc teraz na prefabrykowane elementy, które są prasowane w fabryce i montowane na miejscu. Czas budowy domu jednorodzinnego można zatem skrócić do jednego tygodnia. Ponadto zapewnia to przetwarzanie niezależnie od temperatury zewnętrznej.

Z kolei masowe projekty budowlane, takie jak te realizowane w Chinach, opierają się na konwencjonalnym betonie szkodliwym dla klimatu i póki co się to nie zmieni. Pozostaje więc czekać na ile w nadchodzących dekadach można zwiększyć produkcję konopi przemysłowych tak, aby nawet takie projekty budowlane mogły przynajmniej częściowo opierać się na materiałach konopnych.

Pozytywne cechy konstrukcyjne i ekologiczne wyraźnie przemawiają za szerokim zastosowaniem betonu konopnego. Jedyną przeszkodą jest niska produkcja konopi przemysłowych oraz możliwa do rozbudowy infrastruktura. Obecnie polityka ma na celu usunięcie niepotrzebnych przeszkód w uprawie konopi i zachęcenie do rozbudowy infrastruktury oraz przemysłu przetwórczego poprzez zachęty finansowe.